黃近秋，黃惠洪

0 引言

目前，在中國乃至世界，游戲產(chǎn)業(yè)[1]已經(jīng)逐漸成為微控制器領(lǐng)域的一個相當龐大以及重要的分支，而關(guān)于這方面的高級人才仍甚是缺乏，很多初學單片機的朋友都會對其龐大而復雜的機制感到困惑。本文以經(jīng)典的推箱子游戲規(guī)則為基礎(chǔ)，趣味而有序地對這個游戲從需求分析到整體方案進行了全新的設計。

1 游戲總體功能的設計

首先運行游戲并載入相應的地圖數(shù)據(jù)，屏幕上出現(xiàn)一個推箱子工人，其周圍是預制好的地圖、圍墻、人可以行走的通道、幾個可以移動的箱子和游戲勝利結(jié)束時安放這些箱子的目標位置。如圖1所示。

玩家先通過功能按鍵選擇希望到達的關(guān)卡，再通過鍵盤操縱推箱子工人的位置。當工人靠近箱子并朝箱子位置移動的時候，箱子在其移動方向沒有被其他物件（箱子或者墻）

所阻礙的情況下可以被移動，并實時記錄游戲的步數(shù)與所用的時間，當所有箱子被移到指定的安放位置后，則勝利通關(guān)并進入下一關(guān)的游戲。在游戲過程中，若遇到死局，可以按

返回鍵回到本次游戲的最初界面，但是所走的步數(shù)與時間均會累加。當玩家希望選擇另一關(guān)的時候，可以按重選關(guān)鍵退出選擇另一關(guān)游戲，不管系統(tǒng)處于何種狀態(tài)下，均可實現(xiàn)關(guān)機動作，關(guān)機后也可開機繼續(xù)游戲。

圖1 第8關(guān)游戲界面

2 系統(tǒng)硬件的電路設計[2，3，4,5]

該游戲的系統(tǒng)硬件設計原理框圖如圖2所示。

系統(tǒng)硬件電路[主要由電源、AT89C55單片機、單片機復位電路、時鐘電路、鍵盤和液晶顯示模塊等部分組成。系統(tǒng)要顯示的信息通過P2口送到LCD液晶顯示器；復位電路使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行；時鐘電路用于提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準；電源電路為各個電路提供穩(wěn)定的+5V電源。

圖2 系統(tǒng)硬件設計原理框圖

2.1 電源電路

電源電路如圖3所示:

圖3 電源電路

三端穩(wěn)壓芯片7805把9V輸入電壓穩(wěn)壓成5伏直流電源提供給單片機系統(tǒng)使用，右邊兩個電容是5伏電源的濾波及去耦電容，電阻和綠色的LED組成5伏電源的工作指示電路，只要電源部分正常，綠色的 LED（D4）就會點亮，用戶可以根據(jù)這個 LED來判斷整個電源部分是否工作正常。

2.2 鍵盤電路

鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預系統(tǒng)的主要手段。本文的鍵盤電路包括兩個相對獨立的鍵盤，直觀地根據(jù)有無控制線的結(jié)構(gòu)分為有線鍵盤和無線鍵盤。有線鍵盤即通常說的獨立式鍵盤。如圖4所示：

圖4 獨立式鍵盤

本游戲還可使用無線鍵盤進行操作，其原理跟獨立式鍵盤原理一樣，都是要使得單片機相應的引腳產(chǎn)生預期的高電平或低電平，從而達到無線遙控控制[6]。

2.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊與單片機的連接如圖5示：

圖5 液晶顯示模塊

本文選用TS160128液晶顯示模塊，它不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。本液晶模塊內(nèi)有T6963C液晶驅(qū)動控制器。根據(jù)模塊硬件的要求，必須在復位端接一阻值為5K的上拉電阻，VEE端接一阻值為 20K的下拉電阻，并且分壓到 Vadj（CON）端用于屏幕亮度的調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設計[7]

3.1 軟件整體框架的搭建

定義核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義一個二維數(shù)組 map_define來進行地圖定義，定義map來存放各關(guān)的地圖，用于記錄屏幕上各點的狀態(tài)，其中，“0”表示空地，即什么都沒有；“1”表示推箱子工人；“2”表示墻壁；“3”表示箱子；“4”表示目的地；“5”表示箱子被放在目的地上，即合成物。

對整個軟件進行功能模塊的劃分：①初始化——主要是液晶屏幕的初始化跟中斷設置；②選項——選擇進入游戲、關(guān)于或者是關(guān)機；③游戲地圖初始化，并根據(jù)各關(guān)的要求在屏幕上輸出空地、墻、箱子、目的地、合成物和人，及其他信息；④進入游戲循環(huán)——這個游戲主循環(huán)時等待按鍵，當接收到上下左右鍵時執(zhí)行相關(guān)的操作，接收到關(guān)機時退出游戲，接收到返回時返回到本關(guān)開頭，接收到重選關(guān)時退出游戲進入關(guān)卡選擇，接收到無效按鍵時做忽略處理；⑤判斷是否過關(guān)——箱子的數(shù)目和目的地的數(shù)目是一樣的，所以函數(shù)每執(zhí)行一次操作就判斷是否所有箱子都已經(jīng)安放好，即都移到了目的地上，檢測地圖中是否還有“目的地”這一狀態(tài)值的區(qū)域，如果有，則還沒有完全放置好所有的箱子，否則，勝利結(jié)束游戲。

3.1.1 系統(tǒng)的主流程圖

圖6 系統(tǒng)的主流程圖圖

系統(tǒng)的主流程圖如圖6所示，其中power=0為待機；gamemode=1為游戲模式；rechoice=1表重選關(guān)；e2為選擇入口變量。

3.1.2 中斷服務程序

中斷服務程序用于處理鍵盤被按下后系統(tǒng)的動作,其實現(xiàn)的流程圖如圖7所示。

圖7 中斷服務程序流程

3.2 核心的實現(xiàn)

在完成了整體框架的搭建后，接下來將對整個游戲的核心進行實現(xiàn)了。首先，可以先設計出游戲的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括這些數(shù)據(jù)的存取方式），接著再根據(jù)游戲的特性設計出實現(xiàn)算法，最后就要將算法融入到與用戶交互的各個環(huán)節(jié)中去。

3.2.1 地圖與內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設計

目前為止，已經(jīng)完成所有動作數(shù)據(jù)的運算和處理，剩下的工作就是將這些數(shù)據(jù)圖像展現(xiàn)在屏幕上，并實現(xiàn)交互。地圖即游戲區(qū)域，對于整個游戲區(qū)域的繪制，采用分塊繪制的方法，將整個游戲區(qū)域分成若干個很小的塊狀區(qū)域，然后根據(jù)該區(qū)域在地圖中對應存儲位置的狀態(tài)值繪制地圖。它是由多個縱向和橫向分布的小方塊組成，例如圖8中的小方塊A和B。本游戲的行列個數(shù)分別為12和14。

而在游戲的某一瞬間，整個游戲區(qū)域的圖像總是由這些小方塊根據(jù)不同的狀態(tài)分別顯示后構(gòu)成的。需要顯示的狀態(tài)有可行走的空地、不可通過的墻壁、箱子、工人、目的地，合成物。

我們首先要定義一張空白的游戲地圖，如圖8所示：

圖8 地圖區(qū)域示意

idata uchar map_define[12] [14] =//定義地圖

{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, };

定義了這樣一張空白地圖之后，我們可以很方便地使得各關(guān)的游戲地圖得到編輯和更新改變，可以用文件的方式進行各關(guān)卡游戲地圖的存儲。這里將函數(shù)名稱定義為map[] [14] [12] ，其數(shù)據(jù)的具體存儲方式如下所示（圖9為其對應的游戲地圖的顯示效果）：

unsigned char code map[] [14] [12] = //g=0,第 1 關(guān)

圖9 第一關(guān)游戲

{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,4,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,0,2,2,2,2,0,0,0,0,2,2,2,3,1,3,4,2,0,0,0,0,2,4,0,3,0,2,2,2,0,0,0,0,2,2,2,2,3,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,4,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, }；

從以上數(shù)據(jù)我們看到，一個文件里面可以包含若干個地圖的數(shù)據(jù)，而每個地圖的開始我們可以定義“[g] ”這樣的字段來標識開始，其中的g表示地圖的序號，接著就是地圖的數(shù)據(jù)內(nèi)容實體，設計好數(shù)據(jù)的存儲格式后，剩下的工作就是將這些數(shù)據(jù)圖像展現(xiàn)在屏幕上，并實現(xiàn)交互，對于整個游戲區(qū)域的繪制，這里仍采用分塊繪制的方法，將整個游戲區(qū)域分成若干個很小的塊狀區(qū)域（如以上介紹），然后根據(jù)該區(qū)域在地圖中對應存儲位置的狀態(tài)值繪制其圖像，最后將這些方塊組合就構(gòu)成了整個游戲區(qū)域，圖10所示為該函數(shù)的流程圖實現(xiàn)。

圖10 地圖構(gòu)建流程

對于游戲區(qū)域的每個方塊，函數(shù)體都根據(jù)其所對應位置的狀態(tài)值調(diào)用相應的函數(shù)進行繪制，并在繪制直線時先計算出該方塊區(qū)域所在游戲區(qū)域的位置（左上角的坐標位置）。

3.2.2 物體移動的算法設計

大多數(shù)的游戲都是通過與用戶的交互并根據(jù)具體情況來做相應的運算處理的，在整個推箱子的游戲過程中，用戶總是通過鍵盤操作界面的顯示來實現(xiàn)交互。下面就從不同的角度來分析這個游戲的特性。

假設：游戲過程中的某一瞬間，工人在某個區(qū)域，此時游戲接收到用戶的按鍵動作指示并按照游戲規(guī)則判斷出該動作應該做出的響應。該響應是在沒有違反游戲規(guī)則的情況下使工人執(zhí)行用戶指示的運動，對違反游戲規(guī)則的指示則不予以響應。分析了工人將會遇到的所有情況，以便歸納出動作的算法。圖11：

圖11 工人移動狀態(tài)分析示意圖

圖中的符號含義如下所示。

假設移動趨勢方向向右，其他方位移動趨勢的情況也可以通過變化坐標方向，轉(zhuǎn)為上面向右的情況。上圖列出工人可能遇到的所有情況，在前面3種情況中，只要根據(jù)前言的物件就可以判斷出工人是否可以移動了（按照指示方向移動），移動后的位置狀態(tài)數(shù)據(jù)只改變兩個區(qū)域；而第4種情況是工人的前方為箱子，需要深入判斷箱子前方的狀態(tài)才能判斷出工人是否可以移動。所以要完全判斷出操作指示是否可執(zhí)行，需要 2個工人前方的位置狀態(tài)值,移動后的位置狀態(tài)數(shù)據(jù)改變了三個區(qū)域。而要判斷位置狀態(tài)得出執(zhí)行動作，

則需要按照前面分析工人遇到的所有情況去處理，接下來就可以實現(xiàn)這些子模塊了。包括以下兩個方面：

(1) 鍵盤操作指示采集（用戶交互），見中斷服務程序。

(2) 人和箱子的移動判斷

函數(shù)體對方向按鍵的處理部分，處理函數(shù)首先要根據(jù)移動的趨勢計算出工人當前位置的前兩個區(qū)域的位置。其具體實現(xiàn)流程如圖12：

圖12 人和箱子的移動判斷流程

4 結(jié)論

本文以經(jīng)典的推箱子游戲規(guī)則為基礎(chǔ)，構(gòu)建了相應的硬件平臺，并通過若干子地圖構(gòu)建整個游戲區(qū)域，根據(jù)操作規(guī)律設計了靈活的控制算法，通過TS160128點陣式液晶為載體顯示數(shù)據(jù)，最后采用 C語言進行軟件設計。測試結(jié)果表明,本設計達到了具有人性化的操作和美觀的頁面效果。

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